南平烟区植烟土壤主要养分丰缺特征及其时空变异
2022-03-08丁应福刘永新徐辰生陈志厚郑加玉孔凡玉张继光
林 伟,丁应福,刘永新,徐辰生,陈志厚,郑加玉,孔凡玉,宁 扬,叶 超*,张继光*
南平烟区植烟土壤主要养分丰缺特征及其时空变异
林 伟1,丁应福1,刘永新2,徐辰生1,陈志厚1,郑加玉3,孔凡玉3,宁 扬3,叶 超1*,张继光3*
(1.福建省烟草公司南平市公司,福建 南平 353000;2.山东中烟工业有限责任公司,济南 250014;3.中国农业科学院烟草研究所,青岛 266101)
为明确南平烟区土壤主要养分的丰缺状况、空间分布及时间变化,于2018年底采集各植烟县(市/区)代表性土样170个,测定了土壤容重、pH、有机质、总氮、有效磷和速效钾等土壤理化指标,并与2008年及2014年数据结果相比较,明确了南平植烟土壤养分的时空演变特征。结果表明,南平烟区土壤容重介于0.76~1.61 g/cm3,均值1.14 g/cm3,建瓯土壤容重最大,为1.43 g/cm3。土壤pH介于4.80~6.66,46.67%的土壤pH在适宜范围之内;有机质和总氮含量总体呈中等及较丰富程度;有效磷和速效钾含量较丰富。近十年来南平烟区土壤pH和速效钾呈上升趋势,总氮呈下降趋势,有效磷较2014年结果呈下降趋势,显示南平烟区土壤酸化改良及减肥(氮)增效效果显著;土壤有机质含量较2014年结果呈下降趋势。南平烟区10个主产烟县(市/区)土壤养分特征差异较大,宜通过必要的生产管理措施进行调节。
南平烟区;植烟土壤;土壤容重;养分丰缺;时空变异特征
土壤是烟草生产的物质基础和重要保障,土壤物理性状和养分含量对于烟叶产量、品质及香型特色等具有重要影响。土壤养分是烤烟生长与烟叶品质形成的基础,影响着烤烟生长、产量及品质[1-3]。烤烟生长需要适宜的养分含量,了解植烟土壤养分丰缺状况具有重要意义。
土壤养分含量及分布是动态变化的过程,自然因素和人为因素都会导致土壤养分在时间和空间上的异质性[4-5]。卜令铎等[6]研究发现玉溪烟区山地烟田和水系密集区的烟田土壤养分分布特征不同。高旭等[7]研究了郴州烟田土壤养分时间变异,表明植烟土壤的有机质和全氮含量增加,极差变大,空间自相关性显著下降,随机变异性增加。谢媛圆等[8]研究发现,湖北烟区2002年至2012年间,主要植烟区土壤养分指标均发生明显时间演变。
福建南平烟区作为我国“清香型”烟叶的代表性产区,其土壤理化性状及演变对优质烤烟生产和品质特色保持至关重要[9]。近年来,植烟区普遍存在的连作种植、不合理投入及超负荷利用,造成部分区域土壤退化及肥力下降等问题。为明确南平烟区的土壤养分分布现状及时空演变特征,本研究在系统取样分析了南平烟区2018年养分丰缺现状及空间分布基础上,结合2008年及2014年烟区土壤的取样分析结果,明确南平植烟土壤养分的时空演变特征,以期为南平烟区的土壤定向改良、生产潜力挖掘、养分科学管理与精准施肥提供重要理论支撑。
1 材料与方法
1.1 植烟区域概况
南平市位于福建省北部,武夷山脉东南,介于北纬26°15′~28°19′,东经117°00′~119°17′之间,属中亚热带湿润季风气候区,气候温和,光热充足,雨量充沛,全年平均日照时数1668~1972 h,年平均气温17.5~19.3 ℃,无霜期230~310 d,降水量1600~1900 mm,大于10 ℃积温为5250~5870 ℃,植烟土壤主要是水稻土,其中以灰泥田和黄泥田为主,适宜植烟的轻壤土及中壤土占比60%以上,当地种植制度为烟稻轮作。
作为福建烟叶的重要主产区,南平市包括政和、延平、蒲城、松溪、邵武、建阳、武夷山、建瓯、光泽和顺昌等10个主要植烟县(市/区),年种植烤烟约20 000 hm2,收购量约4万t,是我国“清香型”优质烟叶的典型产区。
1.2 土壤样品采集
根据南平10个植烟县(市/区)的地形地貌、土壤类型及植烟面积,确定各县(市/区)适宜的土壤样品采集数量,并尽量与2008年及2014年的取样点相对应。在2018年烟叶采收后,在各植烟县(市/区)共采集170个土壤样品,政和、延平、蒲城、松溪、邵武、建阳、武夷山、建瓯、光泽和顺昌采集样品数量分别为10、6、20、10、40、29、11、5、25和14个。土壤样品取样时用小土铲按梅花形随机采集5个0~20 cm耕层土壤,制成一个混合土样。混合土样采用四分法留取至少1.5 kg,自然风干后分别过2.00 mm和0.149 mm筛,供测试土壤理化性质。同时用环刀法取样测定土壤容重和孔隙度。
1.3 测定指标及方法
土壤容重和孔隙度采用环刀法测定[10]。土壤pH、有机质、总氮、有效磷、速效钾等养分指标参照常规土壤农化分析方法测定[11]:土壤pH采用水浸提电位法(水土比2.5∶1)测定;土壤有机质用外加热重铬酸钾氧化-容量法测定;总氮采用开氏消煮法测定;有效磷采用钼锑抗比色法测定;速效钾采用乙酸铵提取,火焰光度法测定。
1.4 土壤养分等级标准
参照第二次土壤普查土壤肥力分级及中国植烟土壤养分评价标准[12],结合南平烟区烟稻轮作的土壤养分实际情况,确定南平烟区土壤主要养分分级评价标准(表1),各评价指标划分为偏低、适宜、偏高和较高4个等级。参考相关文献[13],土壤容重划分为3个等级,依次为偏低(<1.1 g/cm3)、适宜(1.1~1.4 g/cm3)、偏高(>1.4 g/cm3);pH划分为偏低(<5.5)、适宜(5.5~6.5)、偏高(6.5~7.5)和较高(≥7.5)4个等级。
表1 南平植烟土壤养分分级标准
1.5 数据处理及分析
采用GIS 10.2软件用克立格法[14]绘制土壤主要养分的空间分布图,利用SPSS 19.0及Excel 2010对试验结果进行数据处理及统计分析。
2 结 果
2.1 植烟土壤理化性状及主要养分指标含量
南平烟区土壤的调查取样及各区土壤理化性状数据(表2)表明,烟区植烟土壤容重在0.76~1.61 g/cm3,平均值为1.14 g/cm3,各植烟区建瓯最高为1.43 g/cm3,顺昌最低为0.94 g/cm3;烟区土壤整体呈酸性,绝大部分烟田土壤pH小于6.5;土壤有机质介于15.00~47.94 g/kg,平均值为29.65 g/kg,延平有机质含量最低,均值仅20.85 g/kg。土壤总氮在0.87~2.67 g/kg,平均值为1.53 g/kg;土壤有效磷含量在30.23~65.04 mg/kg,松溪土壤有效磷含量最高,为65.04 mg/kg,武夷山含量最低,为30.23 mg/kg;土壤速效钾含量在51.12~411.88 mg/kg,平均值为210.69 mg/kg。各县市植烟土壤容重变异系数在6.61%~15.53%,整体变异性较弱;pH变异系数在2.78%~7.27%,变异性弱;有机质变异系数在13.59%~24.63%,变异性较弱;总氮的变异系数在12.15%~ 23.57%,整体变异性较弱;有效磷的变异系数26.06%~59.11%,整体变异性较强,其中武夷山变异系数最大;速效钾变异系数在16.50%~36.54%,整体变异性较弱。各土壤指标中,有效磷的变异系数相对较高,这与农户施磷量差异大有关。其余指标变异性相对较低。
2.2 植烟土壤基本理化性状及主要养分丰缺状况
2.2.1 土壤基本理化性状适宜状况 图1显示,土壤容重整体在适宜范围之内的比例较高,建瓯和延平容重偏高比例较高,顺昌、光泽和邵武偏低比例较高。植烟土壤整体呈酸性,绝大部分烟田土壤pH值小于6.5,有46.67%的土壤pH处于烤烟生长的最佳pH范围之内(5.5~6.5),但有52.94%的土壤pH<5.5,土壤酸化情况严重。有机质适宜和较高的比例较高,分别为48.24%和36.47%,极高和较低的比例分别为7.06%、8.24%,整体上有机质含量处于适宜烟草生长范围。
表2 南平烟区土壤理化性状及主要养分指标含量
图1 南平烟区土壤容重、pH及有机质适宜状况
2.2.2 土壤主要养分丰缺状况 图2显示,总氮整体有43.53%处于适宜水平,40%的样本处于偏高水平。建阳和邵武偏高水平比例较高。土壤有效磷总体上含量较高,其中有37.06%的土壤有效磷处于较高水平,42.35%处于偏高水平,中等适宜含量的占比20.59%。松溪大部分土壤处于较高水平,建瓯大部处于偏高水平。植烟土壤速效钾含量较丰富,有56.47%的植烟土壤速效钾含量较高呈丰富状态,15.88%的土壤处于偏高的较丰状态,14.71%为中等,12.94%为缺乏。建瓯、光泽和延平速效钾含量呈缺乏等级的面积较多。
2.3 植烟土壤基本理化性状及主要养分空间分布特征
南平植烟土壤基本理化性状及主要养分指标空间分布结果(图3)显示,土壤容重的空间分布特征差异明显,土壤容重较高的区域集中在东南区域(建瓯和延平),南平西部地区容重较低,主要是顺昌、光泽及邵武县,整体呈现从西北到东南区域逐渐增高的趋势。西南部的邵武烟田土壤pH整体相对较高,而中部区域的建瓯和建阳pH较低。土壤有机质丰富区域主要分布在南平的东北部和中部,具体是浦城东北部、建阳西南部、邵武东部和顺昌北部。南部烟区整体有机质含量较低,具体是松溪、建瓯南部、顺昌南部及延平。
总氮分布整体呈现中间高,四周低的分布特征(浦城东北部除外),其中建阳市西南部和邵武市东部含量较高,东南部和南部总氮含量较低,主要集中在延平大部、政和和建瓯西南部。土壤有效磷呈零散的斑块状分布格局,相对较高的区域主要分布在南平的东北部和西南部,其中松溪整体有效磷含量很高,浦城东南部、政和北部、邵武中部和光泽南部的小部分区域含量较高。速效钾呈不连续分布,其中南平东部的建瓯含量整体较低,同时光泽北部含量也较低。
2.4 2008—2018年烟区植烟土壤基本理化性状及主要养分时间变异
2018年南平烟区土壤pH均值5.51,与2008年[15]及2014年结果[16]相比(图4),pH逐年升高,土壤酸化现象呈缓解趋势,这与烟区增施石灰、酸性肥料替代等系列改良措施有关。就不同产区而言,延平和建瓯两个县市土壤pH均低于前两次采样结果,松溪土壤pH高于2008年结果低于2014年结果,其余县市呈增加趋势。2018年土壤有机质含量均值是29.65 g/kg,较2014年下降了9.93%,较2008年增加3.06%。只有顺昌较2014年结果增加0.41%,其余各县市较2014年稍降低。
土壤总氮一直呈下降趋势,较2008年和2014年结果分别下降了4.38%和1.29%,这与南平烟区近年来采取氮肥减施举措有关(图5)。除政和与松溪较2014年升高外,其余县市均下降,与2008年结果相比较,只有政和总氮升高。有效磷各县市大部分变化趋势一致,有效磷含量均值为38.67 mg/kg,较2008年提高了47.65%,较2014年降低了14.92%,只有松溪和光泽烟田呈持续增加的趋势,有效磷含量整体依然较高。速效钾含量均值为210.69 mg/kg,呈逐年增加的趋势,较2008年增加了142.87%,较2014年增加了62.62%,表明钾在土壤中持续累积。
图2 南平烟区植烟土壤主要养分丰缺
图3 南平烟区土壤理化性状及主要养分指标空间分布特征
图4 南平烟区不同时期植烟土壤pH及有机质指标平均值
图5 南平烟区不同时期植烟土壤主要养分指标平均值
3 讨 论
研究结果显示,南平烟区土壤有机质和总氮含量整体处于适宜水平,有效磷多处于偏高水平,速效钾含量呈较高水平,土壤养分总体适宜优质烤烟生长发育。但是,不同县市烟区土壤养分分布特征各异,这与之前研究相一致[16]。段友春等[17]研究表明,地形地貌、土壤类型和土地利用方式等因素对研究区土壤养分的空间变异程度有着显著影响,其中地形地貌、土壤类型等结构性因素的影响程度较强,而龚明强等[18]研究表明,不同水旱轮作方式对土壤养分含量影响不同。此外,施肥量及施肥方式对土壤养分具有重要影响[19]。南平烟区地势自西北向东南倾斜,地形复杂,气候变化较大,经常出现十里不同天状况,导致土壤淋溶状况各异[20]。植烟区域土壤类型为灰泥田、黄泥田和红壤等,不同县市主要土壤类型各异,成土母质不同也导致了土壤养分含量不同[21]。各县市作物种植管理方式及烟农施肥方式差异均影响了土壤养分分布特征[22-23]。
容重是表征土壤疏松程度的重要指标,能够影响土壤生物化学反应及养分的可利用性,对烤烟的养分吸收及生长发育具有重要影响[24]。一般认为适宜烤烟生长的土壤容重范围值为1.1~1.4 g/cm3,土壤容重小的烟株根系生长量明显较大[25]。南平烟区整体土壤容重在适宜范围之内,只有建瓯的烟田土壤为1.43 g/cm3,容重相对较高。
本研究结果表明,十年来南平烟区土壤pH虽然持续增加,但仍然约一半土壤pH<5.5,土壤酸化问题依然较为严重。南平烟区位于福建省北部,武夷山脉北段东南侧,常年高温多雨,土壤淋溶强烈,脱硅富铁铝化作用明显,土壤普遍呈酸性反应,自然条件导致土壤呈酸性[26]。此外,烤烟种植过程中氮肥及含硫肥料大量施用会造成土壤酸化加剧[27],这种施肥模式可能也会导致土壤pH较低。
与之前研究结果相比较,南平烟区土壤pH近十年来呈一直上升趋势,这表明南平烟区一直采取酸化土壤改良措施有明显成效。针对个别县市区域出现pH降低现象,需要进一步开展增施生石灰、白云石粉或碱性肥料替代等改良措施。土壤总氮含量呈下降趋势,整体处于较丰水平,这与烟区采取减氮提质增效等举措相关。南平烟区土壤有机质、有效磷的含量较2014年结果存在一定程度下降,但均在适宜范围之内,这可能与近年来烟区连作种植年限增加、有机物料投入减少等情况有关。针对南平烟区土壤养分存在时空异质性,要将烟田土壤的定期普查和定位监测相结合,持续关注土壤养分动态变化,及时评估烟田土壤肥力及其土壤保育效果,并采取分区土壤养分调控、精准施肥及田间智慧管理等措施来提高烟田生产潜力及烟叶质量水平[28]。
4 结 论
(1)南平植烟土壤整体适宜于优质烟叶生产,土壤容重较为适宜,有机质和总氮含量总体呈适宜~偏高程度,有效磷和速效钾含量处于较丰富水平,但有52.94%的烟田土壤pH偏低。
(2)受地形地貌及人为管理等因素影响,南平植烟土壤主要养分指标空间分布各异,土壤pH及有机质呈相似的条带状分布,有效磷及速效钾含量则呈散点分布特征。
(3)近十年来,南平植烟土壤pH值和速效钾持续提升,总氮持续下降,酸化土壤改良及氮肥减施成效显著,后续要加强区域酸化烟田改良力度,实施精准施肥与减施增效,不断提升烟田与烟叶质量水平。
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Analysis of the Main Nutrients Abundancy and Deficiency Characteristics and Their Spatio-Temporal Variability in Tobacco-Growing Soil in Nanping
LIN Wei1, DING Yingfu1, LIU Yongxin2, XU Chensheng1, CHEN Zhihou1, ZHENG Jiayu3, KONG Fanyu3, NING Yang3, YE Chao1*, ZHANG Jiguang3*
(1. Nangping Branch of Fujian Provincial Tobacco Company, Nanping, Fujian 353000, China; 2. China Tobacco Shandong Industrial Co., Ltd., Jinan 250014, China; 3. Institute of Tobacco Research of CAAS, Qingdao 266101, China)
In order to clarify the main soil nutrient abundance, spatial distribution and temporal changes in the tobacco-growing areas of Nanping, 170 soil samples were collected from the tobacco-growing areas, and the physical and chemical properties (i.e., soil bulk density, pH, organic matter, total nitrogen, available phosphorus and available potassium) of tobacco planting soil were determined in 2018. The temporal variation characteristics of tobacco planting soil nutrients were studied by comparing with the results of soil nutrients in tobacco areas in 2008 and 2014. The results showed that the soil bulk density in Nanping tobacco areas was 0.76-1.61 g/cm3, with an average value of 1.14 g/cm3, and the soil bulk density in Jian’ou was the largest at 1.43 g/cm3. The soil pH was between 4.80 and 6.66, and 46.67% of the soil pH was within the appropriate range. The soil organic matter and total nitrogen content were mainly in the level of medium and rich. The contents of available phosphorus and available potassium were relatively rich. Soil pH and available potassium in tobacco growing areas showed an upward trend, while total nitrogen showed a downward trend in the past ten years, and available phosphorus showed a downward trend compared with that in 2014, which indicated that soil acidification improvement and weight loss and synergistic effects were obvious in the past ten years. The soil organic matter content also showed a downward trend compared with the results in 2014, which may be related to the increase in the continuous tobacco planting years and the decrease of organic materials input in recent years.The soil nutrient characteristics of the 10 main tobacco producing counties (cities) in the Nanping tobacco planting area varied widely and should be regulated through appropriate management measures.
tobacco-growing area in Nanping; tobacco-growing soil; soil bulk density; soil nutrient distribution; tempo-spatial variability
10.13496/j.issn.1007-5119.2022.06.002
S572.01
A
1007-5119(2022)06-0009-08
福建省烟草公司南平市公司科技项目(MYK2017-01-04);中国农业科学院科技创新工程项目(ASTIP-TRIC06)
林 伟(1981-),男,农艺师,主要从事烟草栽培与病害防控研究。E-mail:wpftc@126.com
,E-mail:叶 超,yechaovip@139.com;张继光,Jiguang8002@163.com
2022-05-24
2022-08-10